Fiche de révision : Biomolécules et membrane cellulaire

📋 Plan du Cours

1. Caractéristiques et origine du vivant
2. Matière, atomes et liaisons
3. Molécules et constituants du vivant
4. Glucides et polysaccharides
5. Lipides et leurs propriétés
6. Stéroïdes et protides
7. Acides aminés et protéines
8. Nucléotides et associations moléculaires
9. Cellule eucaryote et membrane plasmique
10. Propriétés et fluidité membranaires
11. Différenciations et cohésion cellulaire

📖 1. Caractéristiques et origine du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule : Unité structurale et fonctionnelle du vivant.

★ À maîtriser

• Les quatre caractéristiques du vivant sont :
  • la nutrition
  • la respiration
  • la reproduction
  • la croissance

📌 La panspermie suppose que la vie a toujours existé et circule entre les systèmes solaires sous forme de spores, tandis que l’évolution chimique propose une apparition de la vie par évolution chimique dans des conditions très différentes des conditions actuelles.

• En 1861, Louis Pasteur démontre que, dans les conditions actuelles du milieu, la vie ne peut pas naître spontanément de la matière inerte.

Compléments

• La biologie étudie le vivant, et la vie se manifeste par des fonctions liées à une structure organisée.

📌 Les êtres vivants sont unicellulaires lorsqu’ils sont constitués d’une seule cellule, comme les paramécies, et pluricellulaires lorsqu’ils sont constitués de plusieurs cellules organisées.

• La formation de la Terre, il y a 4,6 Ga, comprend l’accrétion de gaz et de poussières formant une protoplanète, un bombardement météoritique intense provoquant l’augmentation du diamètre et la fusion du globe, puis l’arrêt du bombardement et le refroidissement formant la croûte et les océans par condensation de l’eau atmosphérique.

• Il y a 4 Ga, dans la soupe primitive, des éléments simples s’associent en molécules de plus en plus complexes puis en agrégats moléculaires.

• En 1953, Stanley Miller démontre qu’un mélange d’hydrogène, de méthane, d’ammoniac et de vapeur d’eau soumis à des décharges électriques peut former une vingtaine de molécules organiques, dont différents acides aminés.

💡 Astuce mémo

Accrétion → bombardement → refroidissement : la Terre se forme en trois temps.

📖 2. Matière, atomes et liaisons

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : La plus petite partie d’un élément qui conserve les propriétés de cet élément.

★ À maîtriser

📌 La matière minérale ou inerte comprend notamment O, Fe, Si et Mg, tandis que la matière organique ou vivante comprend C, H et O, parfois aussi N ou P.

• Un atome est formé de protons positifs, de neutrons non chargés et d’électrons négatifs ; le nombre de protons est le nombre atomique et une variation du nombre de neutrons produit des isotopes.

📌 Dans une liaison covalente, deux atomes partagent un ou plusieurs électrons sans échange de charge, tandis qu’une liaison ionique résulte du transfert d’électrons et forme un cation donneur et un anion receveur.

Compléments

• Le diamètre d’un atome est d’environ 10⁻¹⁰ m, soit 0,1 nm.

• Les électrons gravitent autour du noyau sur des orbitales constituant des couches, et la saturation de la couche externe correspond à la configuration la plus stable.

• Les liaisons faibles ont une force de 1 à 5 kcal/mol, tandis que les liaisons fortes ont une force de 50 à 200 kcal/mol.

• Une liaison hydrogène relie un atome d’hydrogène électropositif à deux atomes électronégatifs par un pont hydrogène.

💡 Astuce mémo

Covalente : partage d’électrons ; liaison ionique : transfert d’électrons.

📖 3. Molécules et constituants du vivant

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule : La plus petite partie d’un corps pur pouvant exister à l’état libre sans perdre ses propriétés.

★ À maîtriser

📌 Les petites molécules de 100 à 1 000 Da peuvent s’unir par des liaisons covalentes pour former des monomères, puis plusieurs monomères s’unissent en polymères ou macromolécules de 10 000 à 1 000 000 Da.

• Les quatre groupes de constituants du vivant sont :
  • les glucides
  • les lipides
  • les protides
  • les nucléotides

Compléments

• Les atomes s’unissent par des liaisons chimiques stables pour former des molécules, dont l’énergie potentielle propre conditionne la réactivité chimique et les propriétés biologiques.

• Un dalton (Da), unité de masse moléculaire, correspond à la masse d’un atome d’hydrogène, soit 1,67 × 10⁻²⁴ g.

📖 4. Glucides et polysaccharides

🔑 Notions clés & Définitions

• Monosaccharide : Un monosaccharide, ou ose, est un monomère glucidique aussi appelé hydrate de carbone et représenté par Cₙ(H₂O)ₙ.

★ À maîtriser

• Les oses comprennent les trioses à 3 carbones, les pentoses à 5 carbones — dont le ribose de l’ARN et le désoxyribose de l’ADN — et les hexoses à 6 carbones, comme le glucose et le fructose.

📌 Les oligosaccharides contiennent de 2 à 9 oses, tandis que les polysaccharides en contiennent plus de 9.

📌 Le glycogène est un polymère de glucose de réserve chez les animaux, notamment dans le foie et les muscles, tandis que l’amidon est un polymère de glucose de réserve chez les végétaux et dépend de la photosynthèse.

Compléments

• Les monosaccharides possèdent des groupes hydroxyles OH et un groupe aldéhyde CHO ou un groupe cétone CO.

• Deux monosaccharides peuvent former un disaccharide par liaison entre un groupe hydroxyle et un groupe aldéhyde ou cétone, et cette réaction est réversible grâce aux enzymes.

• L’amylase hydrolyse l’amidon pour produire du glucose.

• Les glucides servent de substrat énergétique aux cellules, particulièrement aux neurones, participent au glycocalyx et entrent dans la constitution des acides nucléiques.

📖 5. Lipides et leurs propriétés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide gras : Un acide gras est une molécule de formule CH₃–(CH₂)ₙ–COOH, à extrémité carboxylique hydrophile et chaîne carbonée hydrophobe.

★ À maîtriser

• Les lipides sont insolubles dans l’eau et solubles dans des solvants organiques comme l’alcool, l’éther et le chloroforme.

• Un triglycéride est constitué d’un glycérol et de trois acides gras et constitue une forme de stockage des acides gras dans les cellules.

• Un phospholipide est constitué d’un glycérol, de deux acides gras hydrophobes et d’un groupe phosphate ; il possède une extrémité hydrophile et une extrémité hydrophobe et participe à la structure et au fonctionnement des membranes biologiques.

Compléments

• Les acides gras sont amphipathiques, leur extrémité COOH est très réactive et sert de moyen de liaison, et leur chaîne carbonée est peu réactive et peut présenter des doubles liaisons.

📖 6. Stéroïdes et protides

★ À maîtriser

• Le cholestérol intervient dans la synthèse de diverses hormones stéroïdes, la fluidité des membranes biologiques, la vitamine D3, le sébum de la peau et les acides biliaires.

• Les protéines servent de matériau cellulaire, de catalyseurs et de régulateurs des activités biologiques, ainsi qu’à la défense de l’organisme.

Compléments

• Les stéroïdes sont des dérivés d’un carbure d’hydrogène, le phénanthrène.

• Les protides contiennent du carbone, de l’hydrogène, de l’oxygène, de l’azote et parfois du soufre.

• Les protides comprennent les acides aminés, les polypeptides et les protéines.

📖 7. Acides aminés et protéines

★ À maîtriser

• Les acides aminés se distinguent par leur groupe R variable ; les 20 groupes R correspondent à 20 acides aminés différents.

• Les acides aminés sont reliés entre eux par une liaison peptidique entre le groupe carboxyle et le groupe amine.

• Selon le pH, un acide aminé devient cation en milieu acide, amphotère en solution, puis anion en milieu encore plus basique.

Compléments

• Les acides aminés sont solubles dans l’eau grâce à leurs groupes COOH et NH2.

📌 Les polypeptides comptent environ 60 acides aminés, tandis que les protéines en comptent plus de 100.

• Les polypeptides et les protéines sont fabriqués par les ribosomes dans le cytoplasme et présentent plusieurs niveaux de structure.

📖 8. Nucléotides et associations moléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Acides nucléiques : Polymères de nucléotides.

★ À maîtriser

• Un nucléotide est constitué d’une base azotée, d’un pentose — ribose ou désoxyribose — et d’un groupe phosphate.

• Les cinq bases citées sont l’adénine, la thymine, la cytosine, la guanine et l’uracile ; la thymine est absente de l’ARN et l’uracile est propre à l’ARN.

• L’ADP et l’ATP interviennent dans les échanges d’énergie.

Compléments

• Les nucléotides contiennent du carbone, de l’hydrogène, de l’oxygène, de l’azote et du phosphore.

• Les dinucléotides NAD, NADP et FAD interviennent dans la respiration cellulaire mitochondriale.

• Les associations moléculaires citées sont : les nucléoprotéines, formées de protéines et d’acides nucléiques, les glycoprotéines, formées de protéines et de glucides, les lipoprotéines, formées de lipides et de protéines, les glycolipides, formés de lipides et de polysaccharides

📖 9. Cellule eucaryote et membrane plasmique

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule eucaryote : Cellule compartimentée dont l’information génétique est enfermée dans une enveloppe nucléaire.

★ À maîtriser

• Une cellule comprend une membrane plasmique, du cytoplasme et des organites.

• La membrane plasmique sépare et met en communication différents compartiments, et délimite l’espace cellulaire.

Compléments

📌 Chez une cellule procaryote, comme une bactérie, le matériel génétique se trouve directement dans le cytoplasme, sans noyau.

• La membrane plasmique comprend 40 % de lipides, 60 % de protéines et des polysaccharides formant le glycocalyx.

📖 10. Propriétés et fluidité membranaires

★ À maîtriser

• Les lipides membranaires comprennent 60 % de phospholipides, 20 % de cholestérol, 10 % de glycolipides et divers autres types moléculaires.

• Les acides gras des phospholipides comptent 14 à 24 atomes de carbone et peuvent être saturés, sans double liaison, ou insaturés, avec des doubles liaisons.

📌 Les phospholipides saturés s’organisent de façon serrée et régulière, ce qui limite la fluidité, tandis que les phospholipides insaturés s’organisent irrégulièrement et accroissent la fluidité.

Compléments

• Le phospholipide comprend des acides gras hydrophobes, un glycérol et un acide phosphorique hydrophile.

• Les déplacements des phospholipides dans la membrane comprennent :

  • la diffusion latérale
  • les flexions
  • la rotation
  • le flip-flop

• Le cholestérol stabilise les zones fluides et fluidifie les zones plus visqueuses de la membrane.

• L’augmentation de la température augmente la fluidité membranaire.

💡 Astuce mémo

Les chaînes saturées serrent les phospholipides ; les insaturées les désordonnent.

📖 11. Différenciations et cohésion cellulaire

★ À maîtriser

• Les protéines membranaires peuvent être :
  • des enzymes
  • des transporteurs
  • des récepteurs protéiques

• La membrane plasmique est asymétrique : sa face externe porte un manteau cellulaire fibreux de 500 à 2500 nm, et sa face interne un complexe modulateur formé de microfilaments et de microtubules, impliqué dans les mouvements de diffusion.

• La membrane plasmique assure les échanges par des différenciations morphologiques, des transports cytotiques et la perméation.

• Les microvillosités augmentent la surface d’absorption d’un facteur d’environ 10 à 30 et sont des évaginations cytoplasmiques hautes de 0,8 μm et fines de 0,1 μm, soutenues par le cytosquelette.

• Les jonctions étanches, ou jonctions serrées, soudent localement les membranes de cellules voisines et suppriment l’espace intercellulaire.

• Les jonctions étanches forment la zonula occludens et empêchent le passage direct de l’eau et des substances dissoutes contenues dans le conduit entre les cellules.

• Les jonctions lacunaires permettent l’échange de petites molécules, notamment :
  • les ions
  • les acides aminés
  • les oses
  • les nucléotides

• Les desmosomes sont des points d’ancrage particulièrement solides, avec un espace intercellulaire élargi et un soutien de tonofilaments rayonnant vers l’intérieur de la cellule.

Compléments

📌 Les protéines extrinsèques, qui représentent 30 à 50 % des protéines membranaires, sont hydrophiles et situées en périphérie de la matrice lipidique, tandis que les protéines intrinsèques sont intégrées dans la matrice.

• Les protéines intrinsèques comportent des régions hydrophobes liées aux acides gras et des régions hydrophiles qui font saillie à l’extérieur de la matrice lipidique.

📌 Les protéines transmembranaires traversent la membrane plasmique, tandis que les protéines enchâssées ne dépassent que d’un côté.

• La fluidité des constituants membranaires permet les fusions membranaires.

• Pour vivre, la cellule prélève des aliments dans le milieu extérieur et rejette des déchets.

• Les différenciations morphologiques de la membrane comprennent :

  • les microvillosités
  • les invaginations
  • les dispositifs de cohésion intercellulaire

• Les microvillosités sont souvent pourvues d’enzymes membranaires qui préparent à l’absorption.

📌 Les stéréocils sont de grandes villosités soutenues par un cytosquelette de filaments d’actine, tandis que les cils sont des expansions cytoplasmiques soutenues par un cytosquelette de microtubules.